北科大物理实验低真空的获得、测量与用直流溅射法制备金属薄膜.docxVIP

北京科技大学 物理实验报告 低真空的获得，测量与用直流 实验报告 溅射法制备金属薄膜 学院 材料  班级 材料 1510  学号 姓名 张问 一、实验目的与实验仪器实验目的： 学习真空基本知识和真空的获得与测量技术基础知识。 学习用直流溅射法制备薄膜的原理与方法。 实际操作一套真空镀膜装置，使用真空泵和真空测量装置，研究该真空系统的抽气特性。 4)用直流溅射法制备一系列不同厚度的金属薄膜，为实验研究金属薄膜厚度对其电阻率影响 制备样品。实验仪器： SBC-12 小型直流溅射仪（配有银靶），机械泵，氩气瓶、超声波清洗器、玻璃衬底二、实验 原理 （要求与提示：限 400 字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1.真空基本知识： 该实验首先需制造一个真空条件，在中真空状态，机械泵抽 真空 2.用直流溅射法制备薄膜 溅射就是指荷能粒子轰击表面，使得固体表面原子从表面射出的现象，这些从固体表面 射出的粒子大多呈原子状态，通常称为被溅射原子。溅射粒子轰击靶材，使得表面成为被溅射原 子，被溅射原子沉积到衬底上就形成了薄膜。所以这种方法称为溅射法，干燥气体在正常状态下 是不导电的，若在气体中安置两个电极并加上电压，少量初始带电粒子与气体院子相互碰撞，使 束缚电子脱离气体原子成为电子，这时有电流通过气体，这个现象称为气体放电。 本实验所使用的是直流溅射法，利用了直流电压产生的辉光放电，如图所示，在对系统抽真 空后，充入适当压力的惰性气体，作为气体放电的载体，在正负极高压下，气体分子被大量电离， 并伴随发出辉光。由放电形成的气体正离子被朝着阴极方向加速，正离子和快速中性粒子获得能 量到达靶材，在这些粒子的轰击下，被溅射出来的靶材原子冷凝在阳极上，从而形成了薄膜。 北京科技大学 物理实验报告 三、实验步骤（要求与提示：限 400 字以内） 把银靶装在镀膜室顶盖上，并使其到工作台的距离为 40mm。 把玻璃衬底放入盛有无水乙醇的烧杯中，用超声波清洗机清洗 3 分钟，用吹风机烘干 玻璃衬底，烘干后放在镀膜室的工作台上；盖上镀膜室上盖。 打开“电源”开关，机械泵对镀膜室抽真空，观测镀膜室的真空度，小于 4Pa 时打开 氩气控制阀门的针阀，缓慢向镀膜室充入氩气，当压力表上显示压力呈动态平衡时， 试触检查直流溅射表上电流大小为 5mA。 设定好“定时器”时间 60s。 按下启动按钮，银靶被加上 1000V 的溅射电压，银薄膜沉积开始。可以看见镀膜室等 离子辉光放电现象。 当“定时器”所设定的沉积时间达到之后，溅射电压变为 0，溅射自动停止,溅射电流 表显示电流为零，完成了薄膜制备过程中一次溅射沉积。待冷却 60S 后重复以上步骤。 （7)重复 8 次，制备沉积时间为 8min 的银薄膜样品。 （8）关闭针阀，关上电源，打开放气阀，镀膜室达大气压后，取出样品。 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）此次实验制备了沉积时间为 8 分钟 的银膜。 膜厚计算经验公式：d=kVIt(氩气，银的 k=0.37);可以计算得到薄膜厚度为： d=0.37x1000x0.005x60x8=88.8nm 故膜厚 88.8nm 五、分析讨论（提示：分析讨论不少于 400 字） 讨论：通过观察 4min 与 8min 的银膜，发现其颜色不一样，这里可以用光的干涉来解释。入 射的光在薄膜的上表面和下表面发生反射，反射的两束光会发生干涉。当两束光的光程差为 入射光的波长的一半的偶数倍，则干涉后的光增强，就是所看到的颜色；如果光程差为入射 光的波长的一半的奇数倍，则干涉后的光相互抵消减弱，这部分光就看不到了。而光程差与 薄膜的厚度有关。所以不同厚度的薄膜看上去颜色应该是不一样的。同理，如果一张薄膜各 处的颜色是不一样，也就是说银膜在各处的厚度可能不一样。 通过计算，以 h 表示银膜的厚度， 要使反射光干涉相消则有 2nh=(2k-1)λ/2,k=1,2,3…… 因而介质膜的最小厚度为（k=1）h=λ/4n 此时的透射光加强 要使反射光干涉相长则有 2nh=kλ,k=1,2,3…… 因而介质膜的最小厚度为（k=1）h=λ/2n 此时的反射光加强 假如反射光为紫光，λ=400nm 干涉相消时 h1=100/n(n1)干涉相长时 h2=200/n 可以同过此 公式来计算反射光的颜色解释为何银薄膜有不同的颜色。 本实验中镀膜用系统的极限真空度约为 4Pa，在镀膜过程前要特别注意用吹风机吹干薄膜的 方法，薄膜上不能有液体，以免银原子被氧化，同时污渍要朝向一个方向吹，以免制备的银 薄膜上有污痕。 误差分析： 实验过程中,应严格控制保温时间，以免因保温时间过短而使薄膜损坏。 实验设备的真空度对后续的辉光放电有很大影响，倘若设备真空度被破坏，那么